管道終端防沉板安裝設計與實踐

李 俊 楊 昆 劉耀江 薛大智

（海洋石油工程股份有限公司安裝事業部，廣東 深圳 518054）

0 前言

管道終端（PLET，Pipeline End Termination）是海底管道系統的一個重要組成部分，主要用于管線與跨接管、管線與立管之間的連接[1]。管道終端防沉板是1 種支撐管道終端的重力式水下結構物（如圖1 所示），底部四周設計有裙板，在自重作用下裙板插入海床，這樣可以防止管道終端在安裝后發生過大的側移或沉降[2-3]。

管道終端防沉板（以下簡稱防沉板）在管道鋪設前需先安裝好，在管道鋪設時，管道終端（包括起始端和終止端）將坐落于防沉板中，防沉板中間設計有滑道，允許管道終端在縱向一定范圍內移動，以消除管道膨脹收縮力[4]，防沉板橫向上需要限位，因此管道終端和防沉板滑道之間設計預留的間隙小。為了保證管道終端能順利地坐落于防沉板中，設計要求防沉板安裝精度非常高，該次項目要求的安裝精度為：艏向±0.5 °，位置±1.5 m，水平度±2 °。

圖1 管道終端防沉板示意圖

1 防沉板安裝設計

1.1 水下定位設計

為了實現防沉板在水下精確就位，通常需要在防沉板上安裝一些水下位置測量設備。該次安裝設計采用長基線（以下簡稱LBL）水聲定位系統和水下電羅經設備，LBL 水聲定位系統用于測量大地坐標，誤差可達厘米級，水下電羅經設備用于測量防沉板艏向和水平度，誤差可忽略不計。LBL 水聲定位系統和水下電羅經設備均可以快速實時地反饋相關測量數據，便于防沉板水下安裝就位。

為了將水下測量設備牢靠的安裝在防沉板上，該項目在防沉板上設計了相應的安裝底座，如圖2 所示，安裝底座采用插拔式的結構形式，便于設備甲板安裝和水下解脫，同時，為了確保設備能真實測量出防沉板的位置，底座在建造好后需要進行位置校準。

1.2 索具回收設計

管道終端防沉板安裝就位好后需要回收索具至甲板，該項目防沉板用于深水，安裝就位后無法通過潛水員解開索具。為了實現水下解開索具并回收，在安裝設計中通常采用2種方法。第一種在吊裝索具末端連接水下機器人（以下簡稱ROV）可解的卸扣，另一種在索具末端連接犧牲鋼纜，ROV攜帶專用的液壓剪工具在水下剪切犧牲鋼纜。該項目采用的是第二種回收索具方法，圖3 是防沉板吊裝索具設計圖。

2 防沉板安裝流程

2.1 LBL水聲定位系統布陣

防沉板由于安裝精度要求高，常用的超短基線（以下簡稱USBL）水聲定位系統已經無法滿足要求，于是該項目改用長基線水聲定位系統（LBL），該系統定位精度高，精度不受水深影響，適用于深水區域，校準后定位精度可以達到厘米級，但是LBL 水聲定位系統相對于USBL 水聲定位系統操作更加復雜，作用費用高[5-6]。

2.1.1 LBL水聲定位系統布陣設計

LBL 水聲定位系統需要在海底布置1 組LBL 信標，至少3 個以上，每個信標之間距離上百米到幾千米，為了使信標之間信號通信無遮擋，信標應布設在防沉板安裝位置外圍，使防沉板盡量處于陣列幾何中心處。

圖3 防沉板吊裝索具設計圖

2.1.2 信標架及信標安裝

LBL 信標是LBL 水聲定位系統的重要組成部分，信標需要根據布陣設計布放在指定的位置，為了信標布設方便，設計了配套的信標架，信標與信標架一起下放坐落于海底，如圖4 所示。

圖4 信標及信標架安裝

2.1.3 LBL水聲定位系統校準

相對校準，將船舶移動到陣列中央位置，使LBL 信標之間相互通信，獲取信標之間相對位置，獲取陣列內信標高度數據，獲取陣列內信標之間水聲速度，并輸入到定位軟件Fusion 中，為后續定位提供基礎數據。

絕對校準，選擇陣列中距離最長的2 個信標，作業船舶分別以信標為中心做半徑為150 m（或大于150 m）的轉圈運動，通過USBL 水聲定位系統不斷獲取信標的位置數據，得到多組位置數據后，在定位軟件Fusion 里面進行相應的計算，得到LBL 信標的絕對位置，為了確保獲取的數據準確，通常還需要船舶圍繞信標做反方向的轉圈航行并計算其絕對位置，比較2 次位置差距，如果相差不大，則取兩者平均值作為該信標的絕對大地坐標[6-7]。

2.2 安裝預調查

在進行防沉板安裝之前，需要對安裝位置進行目視調查，深水安裝通常下放ROV 進行預調查，預調查內容主要包括3 點。1）調查安裝區域海床是否平整。2）調查海床是否有垃圾，如有需要清理。3）調查安裝區域是否有其他影響安裝的異物。

2.3 吊裝前準備

防沉板屬于大型結構物，在吊裝前需要做好充分準備，吊裝前準備工作主要包括以下5 點。1）召開工前會，使參與作業的各方人員明確整個吊裝作業過程及其注意事項。2）甲板人員檢查吊裝索具并連接索具。3）定位人員在防沉板上安裝LBL 定位信標和電羅經設備，并做好相關測試，確保都處于正常工作狀態。4）ROV 操作人員綁扎ROV 輔助工具、噴涂識別標識。5）甲板人員指揮吊機調整鉤頭位置，使鉤頭位于防沉板重心位置正上方，切割海固，準備吊裝入水。

2.4 吊裝與水下就位

防沉板吊裝下放之前，需要進行吊裝狀態確認：天氣窗口適合吊裝，船舶滿足吊裝條件，通信滿足條件，ROV 已回到TMS。

吊裝狀態確認完畢后，下放防沉板至距離海床約30 m 處停止下放，開啟吊機升沉補償，ROV 出TMS，根據定位圖指示飛向防沉板所在的位置，通過聲吶或攝像頭找到防沉板，并用ROV 抓手抓住防沉板上的ROV 手柄，鎖定。

吊機繼續下放防沉板至離海床約5 m 后停止下放，并穩定一段時間，觀察定位圖上防沉板的位置顯示，通過移船調整防沉板的位置至安裝目標區域內，完畢后ROV 水下助力旋轉防沉板，調整防沉板的艏向使其滿足精度要求，最后緩慢下放防沉板，使防沉板完成著地，并確認鋼絲繩已釋放張力。

防沉板完全著地后，采集LBL 水聲定位系統和水下電羅經的定位數據，確認是否滿足安裝要求，如果不滿足，則繼續將結構物提起一定高度，調整位置重新下放就位，直到滿足安裝精度要求。確認滿足精度要求后，調查防沉板裙板入泥情況，要求完全入泥，如不滿足，需要下放配重塊進行下壓，直到完全入泥。

2.5 回收與后調查

安裝精度全部達標后，下放另一臺裝有液壓剪的ROV，分別切斷4 根犧牲鋼纜（如圖5 所示），然后吊機回收索具至甲板、ROV 回收至甲板。

吊機用輔鉤下放ROV 鉤索具，在ROV 的協助下，ROV鉤與水下電羅經軟吊環連接，然后ROV 拔掉電羅經底座固定插銷，并抓持住電羅經，吊機緩慢上提，電羅經脫離底座，電羅經到達安全位置后ROV 松開，吊機回收電羅經至甲板。

圖5 ROV 剪切犧牲鋼纜示意圖

最后，ROV 圍繞防沉板飛行一周進行后調查，觀察是否有異常，確認無異常后ROV 抓取LBL 信標，并攜帶LBL 信標一并回收至甲板。

3 施工難點及應對措施

3.1 LBL水聲定位系統布陣

LBL 水聲定位系統的可靠性將直接影響到整個安裝的成敗，至關重要。在項目設計前期應優化布陣方案，確保信標之間通信無障礙。LBL 信標布陣時應按照要求布放，確保信標架平穩坐落在海底、信標在信標架上穩固不松動并遠離可能移動信標的外界因素。為了提高系統定位精度，在進行系統校準時應盡量選擇好的海況。

3.2 海上吊裝

防沉板尺度大、結構重，屬于海上大型結構物，在海上吊裝時風險大。在進行吊裝索具配置時，不僅要做常規吊裝計算，還需進行結構物穿越飛濺區受力分析，以兩者的最危險工況確定索具選型。在進行吊裝作業前，需要制定詳細的吊裝計劃，提前規劃好吊裝路徑，確保整個海上吊裝過程安全可控。

3.3 水下就位

防沉板安裝精度要求非常高，在水下定位過程中，由于船舶運動的影響防沉板在水下一直處于不穩定狀態，給防沉板就位帶來了一定難題。

防沉板就位主要參考LBL 信標和電羅經的數據，因此其反饋數據的有效性和及時性非常重要，為了提高LBL 信標的有效性，LBL 信標在防沉板上的安裝位置應盡量抬高，這樣可以防止防沉板對信標信號的遮擋，保證信標之間的通信數量和質量，進而提高LBL 信標采集數據的有效性和及時性。

在水下就位過程中，ROV 需要抓取防沉板以調整防沉板艏向，根據ROV 作業經驗，ROV 抓取物為軟繩能更好地控制力度，因此甲板準備時需在防沉板ROV 手柄上綁扎軟繩環。

4 經驗總結

經過前期的精心準備和后期的準確施工，防沉板得以順利安裝就位，為后續的管道終端安裝奠定了良好的基礎。通過防沉板安裝實踐，我們可以總結以下經驗：項目前期安裝設計很重要，其優劣直接影響海上的施工效率；項目應盡可能地采用可靠性高的設備，關鍵的設備需要備份，在項目實施過程中應多參考現場定位、ROV 及其他人員的施工意見，這樣更利于項目的順利實施；海上施工過程情況復雜多變，項目實施前需多備應急預案。通過安裝實踐和經驗總結，希望能為以后的相關安裝項目提供一定的參考。